利用太赫兹非对称解复用器(TOAD)实现对混沌激光的采样

摘要

随机数现在已经广泛应用于信息安全、扩频通信、雷达测试、电缆或光纤断点检测等领域，尤其是在以密码学为核心的信息安全领域，随机数的质量就显得更加重要。随机数现在可以分为两类，一种是伪随机数，一种是物理随机数。伪随机数是通过种子和算法产生的，虽然速率较高，但往往会有一定的周期性，而且容易被破解。而物理随机数是通过随机的物理现象产生的，例如电子热噪声、放大的自发辐射噪声、振荡器的频率振动、混沌激光等。其中由于混沌激光具有带宽高相关性小等特点，现在已经被很多研究小组用来研究产生随机数。目前利用混沌激光作为熵源，后续通过软件处理和并行输出，我们可以得到上百Gbit/s的物理随机数。但是由于在这过程中都离不开光电转换，因此在直接产生实施的随机数方面受到电子瓶颈的限制，速率最高才几个Gbit/s。于是我们课题组提出了利用全光的方式来产生随机数，这样就可以不受电子带宽的限制，从而大幅度提高随身数的速率。而要想实现全光随机数，需要对混沌激光在光域内进行采样和量化。本文主要就是在光域内对混沌激光进行采样研究。
　　主要工作有以下几点:
　　1.首先介绍了随机数的分类与发展现状，分析现有的随机数发生器的优缺点，并且说明了全光随机数发生器的必要性。然后介绍了我们课题组提出的全光随机数的产生方案，以及关于项目的简单介绍。针对混沌的特点，例如相干强度较差，偏振态随机变化等特点，对混沌激光的全光采样可行性进行了分析。
　　2.针对混沌激光的特点，比如相干性较差，偏振态随机起伏等特点，提出了利用太赫兹非对称解复用器(TOAD)来实现对混沌激光进行采样的方案。此方案中最关键的器件是半导体光放大器(SOA)，因此重点介绍了非线性器件SOA的内部物理过程以及常见的非线性效应。
　　3.基于SOA的交叉相位调制效应，利用TOAD实现了对混沌激光的采样，并且分析了泵浦光脉冲的峰值功率、脉冲宽度、SOA的偏移量等参数对采样结果的影响。然后根据两个指标来评价采样结果，一是最后的输出功率，二是采样线性度R2。综合这两者考虑，选出了针对混沌光的最佳采样条件，实现了1.25GHz的最优采样。对实验上利用TOAD实现对混沌激光的采样提供了一定的理论依据和指导。
　　4.总结本文内容并且对未来提出展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 常见的全光采样技术

1．3 基于TOAD的混沌激光采样方案

1．4 本文的研究目标和主要内容

第二章 太赫兹非对称解复用器(TOAD)的结构及采样原理

2．1 TOAD研究近况

2．2 半导体光放大器(SOA)

2．2．1 半导体光放大器简介

2．2．2 SOA的物理过程

2．2．3 SOA内的非线性效应

2．3 SOA主要参数

2．4 TOAD的采样原理

第三章 混沌激光的产生及特性

3．1 混沌光的产生

3．2 混沌激光的特性

第四章 基于TOAD实现对混沌激光的采样研究

4．1 仿真平台的搭建

4．2 采样结果及讨论

4．2．1 脉冲峰值功率对采样结果的影响

4．2．2 脉冲宽度对采样结果的影响

4．2．3 SOA偏移量对采样结果的影响

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 对未来的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文